13.3: Erosión y deposición de corrientes

Como discutimos en el Capítulo 6, el flujo de agua es un mecanismo muy importante para la erosión, el transporte y la deposición de sedimentos. El flujo de agua en una corriente se relaciona principalmente con el gradiente de la corriente, pero también está controlado por la geometría del canal de la corriente. Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\), la velocidad del flujo de agua disminuye por fricción a lo largo del lecho de la corriente, por lo que es más lenta en el fondo y bordes y más rápida cerca de la superficie y en el medio. De hecho, la velocidad justo debajo de la superficie suele ser un poco más alta que la derecha en la superficie debido a la fricción entre el agua y el aire. En una sección curva de un arroyo, el flujo es más rápido en el exterior y el más lento en el interior.

Figura\(\PageIndex{1}\) La velocidad relativa del flujo de corriente dependiendo de si el canal de corriente es recto o curvo (izquierda), y con respecto a la profundidad del agua (derecha).

Otros factores que afectan la velocidad de la corriente de agua son el tamaño de los sedimentos en el lecho del arroyo, porque las partículas grandes tienden a ralentizar el flujo más que las pequeñas, y la descarga o volumen de agua que pasa un punto en una unidad de tiempo (por ejemplo, metros cúbicos (m ³) por segundo). Durante una inundación, el nivel del agua siempre sube, por lo que hay más área de sección transversal para que el agua fluya, sin embargo, mientras un río permanezca confinado a su canal, la velocidad del flujo de agua también aumenta.

La figura\(\PageIndex{2}\) muestra la naturaleza del transporte de sedimentos en un arroyo. Las partículas grandes descansan en el fondo, carga del lecho, y solo se pueden mover durante flujos rápidos en condiciones de inundación. Se pueden mover por saltación (rebote) y por tracción (siendo empujados por la fuerza del flujo).

Las partículas más pequeñas pueden descansar en el fondo algunas veces, donde se pueden mover por salación y tracción, pero también se pueden mantener en suspensión en el agua que fluye, especialmente a velocidades más altas. Como se sabe por intuición y por experiencia, los arroyos que fluyen rápido tienden a ser turbulentos (las trayectorias de flujo son caóticas y la superficie del agua parece rugosa) y el agua puede estar fangosa, mientras que las que fluyen más lentamente tienden a tener flujo laminar (flujo en línea recta y una superficie de agua lisa) y agua clara. El flujo turbulento es más efectivo que el flujo laminar para mantener los sedimentos en suspensión.

El agua corriente también tiene una carga disuelta, que representa (en promedio) alrededor del 15% de la masa del material transportado, e incluye iones como calcio (Ca ⁺²) y cloruro (Cl ⁻) en solución. La solubilidad de estos iones no se ve afectada por la velocidad de flujo.

Figura\(\PageIndex{2}\) Modos de transporte de sedimentos e iones disueltos (representados por puntos rojos con signos + y −) en una corriente.

Cuanto más rápido fluye el agua, mayores son las partículas que pueden mantenerse en suspensión y transportarse dentro del agua que fluye. Sin embargo, como descubrió el geógrafo sueco Filip Hjulström en la década de 1940, la relación entre el tamaño del grano y la probabilidad de que un grano sea erosionado, transportado o depositado no es tan simple como uno podría imaginar (Figura\(\PageIndex{3}\)). Considera, por ejemplo, un grano de arena de 1 milímetro. Si está descansando en el fondo, permanecerá ahí hasta que la velocidad sea lo suficientemente alta como para erosionarla, alrededor de 20 centímetros por segundo (cm/s). Pero una vez que esté en suspensión, esa misma partícula de 1 mm permanecerá en suspensión siempre y cuando la velocidad no caiga por debajo de 10 cm/s Para un grano de grava de 10 mm, la velocidad es de 105 cm/s para erosionarse del lecho pero solo 80 cm/s para permanecer en suspensión.

Figura\(\PageIndex{3}\) El diagrama de Hjulström-Sundborg que muestra las relaciones entre el tamaño de partícula y la tendencia a erosionarse, transportarse o depositarse a diferentes velocidades de corriente.

Por otro lado, una partícula de limo de 0.01 mm solo necesita una velocidad de 0.1 centímetros por segundo (cm/s) para permanecer en suspensión, pero requiere 60 cm/s para ser erosionada. En otras palabras, ¡un grano minúsculo de limo requiere una mayor velocidad para ser erosionado que un grano de arena que es 100 veces más grande! Para las partículas del tamaño de arcilla, la discrepancia es aún mayor. En una corriente, las partículas más fácilmente erosionadas son pequeños granos de arena entre 0.2 mm y 0.5 mm. Cualquier cosa más pequeña o más grande requiere una mayor velocidad del agua para ser erosionada y arrastrada en el flujo. La razón principal de esto es que las partículas pequeñas, y especialmente los pequeños granos de arcilla, tienen una fuerte tendencia a pegarse, por lo que son difíciles de erosionar del lecho del arroyo.

Es importante tener en cuenta que un arroyo puede erosionar y depositar sedimentos al mismo tiempo. A 100 cm/s, por ejemplo, el limo, la arena y la grava mediana se erosionarán del lecho del arroyo y se transportarán en suspensión, la grava gruesa se mantendrá en suspensión, los guijarros serán transportados y depositados, y los adoquines y cantos rodados permanecerán estacionarios en el lecho del arroyo.

Ejercicio 13.3 Comprender el diagrama de Hjulström-Sundborg

Consulte el diagrama de Hjulström-Sundborg (Figura\(\PageIndex{3}\)) para responder a estas preguntas.

1. Un grano de arena fina (0.1 milímetros) descansa sobre el fondo de un lecho de arroyos.
   1. ¿Qué velocidad de la corriente se necesita para poner ese grano de arena en suspensión?
   2. Una vez que la partícula está en suspensión, la velocidad comienza a bajar. ¿A qué velocidad finalmente volverá a descansar en el lecho del arroyo?
2. Un arroyo fluye a 10 centímetros por segundo (lo que significa que tarda 10 segundos en ir 1 metro, y eso es bastante lento).
   1. ¿Qué tamaño de partículas se pueden erosionar a 10 centímetros por segundo?
   2. ¿Cuál es la partícula más grande que, una vez ya en suspensión, permanecerá en suspensión a 10 centímetros por segundo?

Consulte el Apéndice 3 para el Ejercicio 13.3 respuestas.

Figura\(\PageIndex{4}\) El desarrollo de levées naturales durante la inundación de un arroyo. Los sedimentos del levée se vuelven cada vez más finos lejos del canal del arroyo, e incluso sedimentos más finos (arcilla, limo y arena fina) se depositan en la mayor parte de la llanura inundable.

Un arroyo generalmente alcanza su mayor velocidad cuando está cerca de inundarse sobre sus orillas. Esto se conoce como la etapa banco-full, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{4}\). Tan pronto como el arroyo inundante sobrepasa sus orillas y ocupa la amplia área de su llanura de inundación, el agua tiene un área mucho mayor para fluir y la velocidad disminuye significativamente. En este punto, el sedimento que estaba siendo transportado por el agua de alta velocidad se deposita cerca del borde del canal, formando un banco natural o levée.

Descripciones de imagen

Descripción de la\(\PageIndex{1}\) imagen de la figura: Cuando una corriente se curva, el flujo de agua es más rápido en el exterior de la curva y más lento en el interior de la curva. Cuando el arroyo es recto y una profundidad uniforme, el arroyo fluye más rápido en el medio cerca de la parte superior y más lento a lo largo de los bordes. Cuando la profundidad no es uniforme, la corriente fluye más rápido en la sección más profunda. [Volver a la figura\(\PageIndex{1}\)]

Descripción de\(\PageIndex{3}\) imagen de la figura:

• Curva de velocidad de erosión: Una partícula de 0.001 milímetros se erosionaría a una velocidad de flujo de 500 centímetros por segundo o mayor. A medida que el tamaño de partícula aumenta, disminuye la velocidad de flujo mínima necesaria para erosionar la partícula, siendo la velocidad de flujo más baja de 30 centímetros por segundo para erosionar una partícula de 0.5 milímetros. Para erosionar partículas mayores de 0.5 milímetros, la velocidad mínima de flujo vuelve a subir.
• Curva de velocidad de sedimentación: Se depositaría una partícula de 0.01 milímetros con una velocidad de flujo de 0.1 centímetros por segundo o menos. A medida que aumenta la velocidad de flujo, solo se depositarán partículas cada vez más grandes.
• Las partículas entre estas dos curvas (ya sea moviéndose demasiado lento o siendo demasiado pequeñas para ser erosionadas o depositadas) serán transportadas en la corriente.

[Volver a la figura\(\PageIndex{3}\)]

Atribuciones de medios

• Figura\(\PageIndex{1}\), 13.3.2, 13.3.4: © Steven Earle. CC POR.